一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼制造技术

本发明专利技术一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼，属于飞行器技术领域；包括传动机构、变形机构和整流前缘；所述传动机构的电机通过固定座固定于机翼翼尖，其转子通过转轴与所述变形机构连接，用于调整小翼相对机翼的转动角度；所述变形机构由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；所述舵机带动连杆控制所述平行四边形结构转动角度，进一步实现所述可变机构的面积改变；采用平行四边形的变面积方式，简单可靠，并且拥有较大的面积变化范围，本设计中最大面积至少是最小面积的2倍以上。较大的范围意味着效果更好的舵效变化范围，从而对于不同的滚转操控，可以更好的适配。

A bionic winglet with variable area and rotatability

【技术实现步骤摘要】
一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼
本专利技术属于飞行器
，具体涉及一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼。
技术介绍
仿生飞行器的研究自飞行器的诞生至此一直是航空界的热点，目前被大众所熟知的仿生飞行器多是扑翼飞行器，比如西北工业大学的“信鸽无人机”、伊利诺伊大学香槟分校和加利福尼亚理工学院的研究团队制作的“蝙蝠无人机B2”等，同样也有仿生技术用在固定翼无人机上，比如瑞士的洛桑理工学院发表在著名刊物THEROYALSOCIETY上的一篇名为《Bioinspiredmorphingwingsforextendedflightenvelopeandrollcontrolofsmalldrones》的论文，其研究了可变面积的机翼，用此来控制飞行器的滚转，但是其占据了大部分的机翼面积，不利于铺设太阳能板，并且仅能通过改变面积来控制滚转。在飞行器的设计过程中，升阻比是一个非常重要的技术参数，提高飞行器的升阻比可以极大的改善飞行器的飞行效率，因此一般气动效率较高的飞行器都会考虑增加翼梢小翼来改善飞行器的升阻特性，比如波音和空客系列的客机，通过增加翼梢小翼减少诱导阻力来提高飞行器的气动效率。但是该类翼梢小翼仅有此优势，如何充分利用翼梢小翼是一个值得研究的问题。在太阳能无人机设计时，在机翼上增设副翼会破坏机翼表面的气动效率，同时还会减少太阳板的铺设，因此需求一种能够改善此现状额控制方法。对于追求极高气动效率和重量特性的小型无人机来说，起落架的存在会有很大缺点，在起飞后属于死重，并且会破环飞行器的流线型，从而影响气动效率，手抛式起飞或者弹射起飞是一个很好的选择，因此如何减小起飞速度，从而减少起飞时的安全事故也是一个有价值的问题。目前，被大众所熟知的飞行器的机翼有副翼、襟翼等控制舵面，比如波音系列的客机，在控制上通过舵面的偏转来实现，原理是通过改变机翼两边的升力差来产生滚转力矩，从而实现滚转控制。在起降阶段通过打开襟翼等方式来改变机翼翼型的弯度，从而增大升力系数，满足起飞和降落时速度低的要求。这种方式存在的缺点是在增大机翼升力系数的同时，也增大了阻力。大自然中的鸟类在飞行过程中可通过改变机翼升力面积的大小来实现滚转控制。同时在飞行过程中也可通过机翼面积的改变来适应速度的变化，比如鹰在捕食地面的猎物时，在发现猎物后，头朝下并收缩翅膀，速度飞快地下降到猎物所在的位置，实现捕获。可见改变升力面积的方式是扩大飞行器飞行包线，适应不同飞行状态的一种可行方法。目前，瑞士的洛桑联邦理工学院已经制作出了可变面积的机翼，但是极大的减少了飞机整机的气动效率，本专利技术只改变翼梢小翼的机翼面积和转角，因此对整机影响相对较小，并拥有更好的控制效果。现阶段，多数太阳能飞机为了尽可能多的利用升力面积来增大太阳能的铺设面积，因此利用太阳能飞机的翼尖来安放控制面是一个很好的解决方法，为了更好的控制飞行器的滚转，并且在起飞和降落过程中进一步的减小速度，设置可变面积且可以转动的翼尖，提高飞行器的操纵性和起降性能。目前，解决太阳能飞机高效利用机翼表面的方法还有，利用多台发动机的差动来进行航横向的操作，此方法连续的差动会增加耗能，同时该方法的横向控制响应较慢，反应时间长。采用翼尖控制，类似于常规飞机的副翼，拥有较小的耗能和较快的响应。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼，既可以拥有提高正常巡航状态的升阻比要求，还可以转动进行飞行器的滚转操作，避免了破坏机翼表面，同时还可以改变翼梢小翼的面积，在起飞和降落时增大面积，减小翼载，减小失速速度，从而提高安全性。本专利技术的技术方案是：一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼，其特征在于：包括传动机构、变形机构和整流前缘；所述传动机构包括电机，所述电机通过固定座固定于机翼翼尖侧壁上，其转子通过转轴与所述变形机构连接，所述转轴垂直于机翼翼尖侧壁，用于调整翼梢小翼相对机翼的转动角度；所述变形机构包括舵机、连杆、第一翼肋、第二翼肋、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第一翼肋上部的一侧面与所述转轴垂直固定；所述第二翼肋平行于第一翼肋，并与第一翼肋的另一侧面相对设置；所述固定板垂直插装于第一翼肋和第二翼肋的弦长处，将第二翼肋和第一翼肋固定为整体；所述舵机固定于所述固定板的上表面，其摆臂与所述连杆的一端铰接；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板突出于第二翼肋外侧的部分铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述第二翼肋，与所述连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及第二翼肋侧面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；多个所述羽毛沿所述第一长杆和第二长杆的长度方向均布，铰接于所述第一长杆和第二长杆上的多个通孔处，并从机翼到翼尖的尖部方向按照等比例缩小；由所述舵机带动连杆控制所述平行四边形结构转动角度，进一步实现所述可变机构的面积改变；所述整流前缘包括蒙皮和多个小翼前缘支架；所述小翼前缘支架为C型板状结构，在其C型的内圆弧中部开有卡槽；多个所述小翼前缘支架沿所述第一长杆长度方向通过其上的卡槽垂直均布于第一长杆上，并从机翼到小翼的尖部方向按照等比例缩小；所述蒙皮包覆于多个所述小翼前缘支架的C型外圆弧上，用于调整小翼前缘的气流。本专利技术的进一步技术方案是：所述羽毛的四边形框架用碳纤维与轻木的复合材料，碳纤维厚度为0.3mm，轻木厚度为1.5mm。本专利技术的进一步技术方案是：在初始状态，相邻所述羽毛的边缘相互重叠，重叠部分为羽毛短边长度的40％。本专利技术的进一步技术方案是：所述羽毛与所述第一长杆和第二长杆之间通过插销铰接。本专利技术的进一步技术方案是：所述羽毛的数量为6个。有益效果本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过研究大自然界的鸟类飞行时改变翅膀面积的运动，比如捕食时的鹰。发现机翼面积的改变对动力学特性的改善有很大的益处，鸟类在低速巡航时会尽量打开翅膀，增大翅膀面积，减小翼载，同时节省自身的能量，但是在追逐、捕食等需要较灵活且速度要求较高的情况下，鸟类会适当减小翅膀的面积，达到高速巡航并且减小阻力的目的。在飞机的动力学特性研究中，改变机翼的面积可以用来适应不同的巡航速度和满足起降要求，机翼面积的改变可以同时改变升力的计算公式(a)中的面积S和升力系数CL，从而达到改变升力的效果，当左右机翼面积变化不同时，左右产生升力大小不同，产生飞机的滚转力矩，达到控制滚转的效果。通常，飞机的小翼的转动会带来升力系数CL的改变，当左右机翼翼尖转动不同时，同样也会产生滚转力矩。飞机的起降过程是事故多发阶段，原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼，其特征在于：包括传动机构、变形机构和整流前缘；所述传动机构包括电机，所述电机通过固定座固定于机翼翼尖侧壁上，其转子通过转轴与所述变形机构连接，所述转轴垂直于机翼翼尖侧壁，用于调整翼梢小翼相对机翼的转动角度；/n所述变形机构包括舵机、连杆、第一翼肋、第二翼肋、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第一翼肋上部的一侧面与所述转轴垂直固定；所述第二翼肋平行于第一翼肋，并与第一翼肋的另一侧面相对设置；所述固定板垂直插装于第一翼肋和第二翼肋的弦长处，将第二翼肋和第一翼肋固定为整体；所述舵机固定于所述固定板的上表面，其摆臂与所述连杆的一端铰接；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板突出于第二翼肋外侧的部分铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述第二翼肋，与所述连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；/n所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及第二翼肋侧面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长杆、以及所述固定板的铰接孔的连线组成平行四边形结构；多个所述羽毛沿所述第一长杆和第二长杆的长度方向均布，铰接于所述第一长杆和第二长杆上的多个通孔处，并从机翼到翼尖的尖部方向按照等比例缩小；由所述舵机带动连杆控制所述平行四边形结构转动角度，进一步实现所述可变机构的面积改变；/n所述整流前缘包括蒙皮和多个小翼前缘支架；所述小翼前缘支架为C型板状结构，在其C型的内圆弧中部开有卡槽；多个所述小翼前缘支架沿所述第一长杆长度方向通过其上的卡槽垂直均布于第一长杆上，并从机翼到小翼的尖部方向按照等比例缩小；所述蒙皮包覆于多个所述小翼前缘支架的C型外圆弧上，用于调整小翼前缘的气流。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可变面积可转动的仿生翼梢小翼，其特征在于：包括传动机构、变形机构和整流前缘；所述传动机构包括电机，所述电机通过固定座固定于机翼翼尖侧壁上，其转子通过转轴与所述变形机构连接，所述转轴垂直于机翼翼尖侧壁，用于调整翼梢小翼相对机翼的转动角度；
所述变形机构包括舵机、连杆、第一翼肋、第二翼肋、固定板、第一长杆、第二长杆和多个羽毛；所述第一翼肋上部的一侧面与所述转轴垂直固定；所述第二翼肋平行于第一翼肋，并与第一翼肋的另一侧面相对设置；所述固定板垂直插装于第一翼肋和第二翼肋的弦长处，将第二翼肋和第一翼肋固定为整体；所述舵机固定于所述固定板的上表面，其摆臂与所述连杆的一端铰接；所述第一长杆和第二长杆平行设置，其一端均与所述固定板突出于第二翼肋外侧的部分铰接；所述第二长杆与固定板铰接端的端头穿过所述第二翼肋，与所述连杆的另一端铰接；所述第一长杆和第二长杆分别沿长度方向均布多个通孔；
所述羽毛由四边形框架和蒙膜组成，所述蒙膜是覆盖于四边形框架的热缩蒙膜；所述四边形框架的两侧长边相互平行，其上端的短边平行于第二长杆，并在上端的短边中部固定有短杆，所述短杆平行于四边形框架的长边；通过短杆分别与所述第一长杆和第二长杆铰接，并保证羽毛上的短杆、第一长杆和第二长杆与固定板的铰接孔的连线、以及第二翼肋侧面三者之间相互平行；由羽毛上的短杆、第一长杆、第二长...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洲，郑黎明，王正平，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61